เซลล์เคมีไฟฟ้า

5/1

เซลล์เคมีไฟฟ้า

มี 2 ประเภท ได้แก่ เซลล์ปฐมภูมิ เซลล์ทุติยภูมิ

นายณัฏฐ์ ภูสุดสูง เลขที่ 3
นายคณิศร คำมาพล เลขที่ 18
นายกันตภูมิ แก้วหมื่นไวย เลขที่ 20

เซลล์ปฐมภูมิ

ภายในเซลล์เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ แล้วไม่สามารถเปลี่ยน
ผลิตภัณฑ์กลับมาเป็นสารตั้งต้นได้ (ปฏิกิริยาผันกลับไม่ได้)
จึงไม่สามารถนํากลับมาใช้ได้อีก

1.เซลล์ถ่านไฟฉาย

แอโนด : กล่องสังกะสี (Zn)
แคโทด : แท่งแกรไฟต์(C) ที่มี MnO2
เคลือบอยู่
อิเล็กโทรไลต์ : NH4Cl ผสม ZnCl2ใน
แป้งเปียก

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในภายในเซลล์ ดังนี้

แอโนด : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-
แคโทด : 2MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2e- → Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l)

ปฏิกิริยารวม : Zn(s) + 2MnO2
(s) + 2NH4+(aq) → Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l)

ถ่านไฟฉายให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 V เมื่อใช้งานปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นทําให้โลหะ
สังกะสีผุกร่อน มีน้ําและ

แอมโมเนียเกิดขึ้นทําให้เกิดแรงดันหรือเกิดการรั่วไหลออกมาจนเครื่องใช้ไฟฟ้าเสียหายได้
ดังนั้นจึงควรตรวจลักษณะ

ถ่านไฟฉายอยู่เสมอและไม่ทิ้งถ่านไฟฉายไว้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นเวลานาน

2.เซลล์แบตเตอรี่แอลคาไลน์

แอโนด กล่องสังกะสี (Zn)
แคโทด แท่งแกรไฟต์(C) ที่มี MnO2 เคลือบอยู่
* อิเล็กโทรไลต์ เบสของโลหะแอลคาไลน์ เช่น NaOH KOH

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในภายในเซลล์ ดังนี้
แอโนด : Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e-
แคโทด : 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- → Mn2O3(s) + 2OH-(aq)
ปฏิกิริยารวม : Zn(s) + 2MnO2(s) → ZnO(s) + Mn2O3(s)

เซลล์นี้จะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ แต่ให้กระแสไฟฟ้าได้นานกว่าแบตเตอรี่ซิงค์-
คาร์บอน(เซลล์แห้ง)

เพราะ OH- ที่เกิดขึ้นที่ขั้วคาร์บอนสามารถนํากลับไปใช้ที่ขั้วสังกะสีได้แต่มีราคาสูงกว่า
แบตเตอรี่ซิงค์-คาร์บอน

3.เซลล์เงิน

เซลล์เงิน คือ เซลล์ปฐมภูมิเช่นเดียวกับเซลล์อัลคาไลน์ และใช้หลักการเดียวกัน เพียงแต่ใช้ AgO แทน MnO2
เท่านั้น เซลล์ชนิดนี้มีศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ เท่ากับ 1.58 V ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ดังนี้

ที่ขั้วแอโนด ; Zn (s) + 2OH- (aq) ® ZnO (s) + H2O (l) + 2e- , E0 = 1.25 V
ที่ขั้วแคโทด ; 2AgO (s) + H2O (l) + 2e- ® Ag2O (s) + 2OH- (aq) , E0 = 0.61 V
ปฏิกิริยาสุทธิ ; Zn (s) + 2AgO (s) ® ZnO (s) + Ag2O (s) , = 1.86 V
ภายหลังจากซิลเวอร์(II) ออกไซด์ถูกใช้ในการเกิดปฏิกิริยาสมบูรณ์ เซลล์นี้ก็ยังคงเกิดปฏิกิริยารีดักชันต่อไป
โดยซิลเวอร์ (I) ออกไซด์ (Ag2O) เปลี่ยนไปเป็นโลหะเงิน (Ag) แต่จะให้ค่าศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ต่ำลง ดังสมการ
ของปฏิกิริยาต่อไปนี้
Zn (s) + Ag2O (s) + H2O (l) ® Zn(OH)2 (s) + 2Ag (s) , E0 = 1.58 V
เซลล์เงินมีอายุการใช้งานยาวกว่าเซลล์ปฐมภูมิอื่น ๆ แต่ราคาแพงกว่า เพราะเซลล์นี้ประกอบด้วยเงิน เซลล์เงิน
ปัจจุบันพบว่าใช้ประโยชน์เป็นแหล่งให้พลังงานไฟฟ้า ในนาฬิกาข้อมือ เครื่องคิดเลขไฟฟ้า และกล้องถ่ายภาพอัตโนมัติ

4.เซลล์ปรอท

เซลล์ปรอท ( Mercury cell) หรือเซลล์รูบิน - มาลอรี (Rubin - mallory cell)
เป็นเซลล์อัลคาไลน์ เช่นเดียวกับเซลล์อัลคาไลน์ และมีลักษณะคล้ายกัน เปลี่ยนเฉพาะสารอิเล็ก
โทรไลต์จาก MnO2 เป็น HgO (เมอคิวรี (II) ออกไซด์) เซลล์ชนิดนี้มีศักย์ไฟฟ้าของเซลล์
1.35 โวลต์ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ดังนี้

แอโนด ; Zn (s) + 2OH- (aq) ® ZnO (s) + H2O (l) + 2e-
, E0 = 1.25 V

แคโทด ; HgO (s) + H2O (l) + 2e- ® Hg (l) + 2OH- (aq)
, E0 = 0.098 V

ปฏิกิริยาสุทธิ ; Zn (s) + HgO (s) ® ZnO (s) + Hg (l)
, E0 = 1.35 V

ประโยชน์ของเซลล์กัลวานิก

1.การผลิตแบตเตอรี่
2.การกัดกร่อนของโลหะและการป้องกัน

3.การชุบโลหะด้วยกระแสไฟฟ้า
4.การแยกสลายด้วยไฟฟ้า

เซลล์ทุติยภูมิ

เซลล์ทุติยภูมิ คือ เซลล์ไฟฟ้าประเภทหนึ่งที่เมื่อสร้างเสร็จแล้วต้องนำไปอัด

ไฟเสียก่อนแล้วจึงจะนำไปใช้เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าออกได้ เมื่อใช้ไปแล้วส่วน

ประกอบบางส่วนจะหมดเปลือง และแปรสภาพไป แต่อาจทำให้กลับคงสู่

สภาพเดิมได้อีก โดยนำเซลล์ไฟฟ้าอัดไฟใหม่ เช่น เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบ

ตะกั่ว เซลล์นิกเกิล - แคดเมียม

เซลล์สะสมแบบตะกั่ว

เป็นเซลล์กัลวานิกชนิดเซลล์ทุติยภูมิ ที่สามารถอัดไฟนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และ

เนื่องจากตะกั่วเป็นธาตุที่มีความหนาแน่นสูง จึงเป็นผลทำให้เซลล์ชนิดนี้ให้

พลังงานต่อหนึ่งหน่วยมวลต่ำ (0.022 Kwh/kg) เมื่อนำเซลล์สะสม

ไฟฟ้าแบบตะกั่วต่อกันเป็นอนุกรม 6 เซลล์ มีศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ประมาณ

12 โวลต์ แต่ละเซลล์ประกอบด้วยแอโนด เป็นตะกั่วอัด พื้นผิวขรุขระเป็นรู

พรุน และแคโทดเป็นแผ่นตะกั่วเคลือบหุ้มด้วยเลด (IV) ออกไซด์

(PbO2) ขั้วทั้งสอง จุ่มในสารละลายกรดกำมะถันเข้มข้น 40% โดยมวล
(ประมาณ 5.3 mol/dm3 ) มีความถ่วงจำเพาะ 1.3 และถ้า

ความถ่วงจำเพาะต่ำกว่า 1.1 จะต้องนำไปอัดไฟใหม่

อัดไฟฟ้าครั้งแรก

แคโทด :
แอโนด :
ปฏิกิริยาของเซลล์ :

การประจุไฟครั้งแรกแผ่น Pb ที่ขั้วแคโทด(-) ไม่เปลี่ยนแปลงแต่เกิดแก๊สไฮโดรเจน ส่วน
ที่ขั้วแอโนด (+) แผ่น Pb เกิดการเปลี่ยนแปลงไปเป็น PbO2 ทำให้ขั้วต่างกันจึงเกิดความ

ต่างศักย์ขึ้น

จ่ายไฟฟ้าครั้งแรก

แคโทด :
แอโนด :
ปฏิกิริยาของเซลล์ :
การจ่ายไฟครั้งแรกที่ขั้วแอโนดและแคโทดจะมีตะกอนสีขาว PbSO4 , มาเคลือบ

ความเข้มขึ้นของสารละลาย H2SO4 จะลดลง เมื่อจ่ายไฟไประยะหนึ่งขั้วทั้ง 2

จะมี PbSO4, เหมือนกัน ทำให้ศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วทั้งสองเท่ากัน จึงไม่เกิดปฏิกิริยา

ต่อไป เรียกว่าไฟหมด ต้องนำไปประจุไฟใหม่อีกครั้ง

เมื่อจ่ายไฟฟ้าไปเรื่อย จะมีการเปลี่ยนปฏิกิริยาดังนี้
แคโทด :
แอโนด :
ปฏิกิริยาของเซลล์ :

เซลล์นิกเกิลแคดเมียม

เป็นเซลล์ทุติยภูมิอีกชนิดหนึ่งที่ได้รับความสนใจมากในปัจจุบัน มีชื่อเรียกอีก
ชื่อหนึ่งว่า เซลล์นิแคด (Nicad cell ) เมื่อใช้ไปนาน ๆ สามารถนำมา
อัดไฟใหม่ได้อีก

ส่วนประกอบของเซลล์นิกเกิล-แคดเมียม
แคโทด : ประกอบด้วยสารประกอบของนิกเกิล(III) เช่น

NiO(OH) ฉาบอยู่บนโลหะนิกเกิล
แอโนด : ประกอบด้วยโลหะแคดเมียม (Cd)
สารละลายอิเล็กโทรไลต์ : สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH)

เมื่อนำเซลล์นิกเกิล-แคดเมียมมาต่อครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดปฏิกิริยาดังนี้

แคโทด : NiO2 ทำปฏิกิริยากับ H20 ได้ Ni(OH)2 ดังสมการ

แอโนด : เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันระหว่าง Cd กับสารละลายเบสได้ตะกอน Cd(OH)2 ดัง

สมการ
ปฏิกิริยาของเซลล์ :

หาค่าศักย์ไฟฟ้าของเซลล์นี้ได้เมื่อทราบค่าศักย์ไฟฟ้าของแต่ละครึ่งเซลล์

จากปฏิกิริยาจะเห็นว่าสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นเป็นของแข็งคือ Ca(OH)2และ

Ni(OH)2 เกาะอยู่ที่ผิวของแต่ละขั้ว ดังนั้นเมื่อใช้ไปนาน ๆ จึงต้อง
นำมาอัดไฟใหม่ เพื่อให้สารที่เป็นของแข็งนั้นหลุดออก กลายเป็นสาร
ตั้งต้นใหม่ เซลล์ชนิดนี้ไม่เกิดก๊าซ จึงทำให้ศักย์ไฟฟ้าคงที่คือมี
ศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ 1.30 โวลต์ มีขนาดเล็กและใช้ได้ทนทานกว่าเซลล์
สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว จึงนิยมใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็ก เช่น
เครื่องโกนหนวดไฟฟ้าเครื่องคิดเลข กล้องถ่ายรูปที่เป็นต้น

เปรียบเทียบความเหมือน
และความแตกต่าง

เซลล์ปฐมภูมิ

ไม่สามารถนำกลับไป
อัดไฟและนำกลับมา
ใช้ได้อีก
ใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าทั้งคู่
ถูกใช้ไปแล้ว

เซลล์ทุติยภูมิ สามารถทำให้กลับ
คืนมาใหม่ได้โดยการ
อัดไฟ